Lista de Exercícios de Análise Numérica 1) As séries de Fourier para os casos discretos se limitam a situações em que possui-se um número muito grande de medidas, sendo as mesmas com espaçamento regular. Caso estas duas proposições não forem satisfeitas, as funções seno e coseno não formam necessariamente uma base ortogonal; em outras palavras: ∑ j [cos( 2 π ω t j) sin(2 π ω t j )]≠0 (1.1) Para casos que fogem destas premissas, podemos redefinir o espectro de Fourier como: P (ω)= [ ∑ j ( y j−y m )cos(2 π ω(t j−τ))] ∑ j cos 2 (2 π ω (t j−τ)) 2 + [ ∑ j ( y j− y m)sin( 2 π ω(t j−τ))] ∑ j sin 2 (2 π ω (t j−τ)) Onde (t j , y j ) são os dados medidos, y m a média de inserido ad-hoc e calculado em função de ω de forma que: yj e 2 (1.2) τ é um parâmetro ∑ j [cos( 2 π ω(t j−τ)) sin( 2 π ω(t j−τ))]=0 (1.3) Assim, podemos utilizar a equação (1.2) para a determinação de períodos em séries de dados com espaçamento irregular. a) Encontre que: τ= ∑ sin (4 π ωt j ) 1 arctan [ j ] 4πω ∑ cos (4 π ω t j ) (1.4) j b) Aplique (1.2) e (1.4) aos dados da figura a seguir, apresente o grafico de P (ω) pela frequência ω e/ou periodo T =2 π/ω . Aponte os principais periodos dos dados. 14000 80 14400 14800 15200 f(x) 40 15600 80 40 0 0 -40 -40 -80 -80 14000 14400 14800 X 15200 15600 2) O sistema abaixo: dx /dt =σ(−x+ y ) dy /dt =rx−y−xz dz /dt =−bz+xz Possui aplicação na Meteorologia e é chamado de Sistema de Lorenz, descreve o movimento de massas gasosas na atmosfera. Os termos σ e b são parâmetros que, para o caso da atmosfera terrestre são σ=10 e b=8/3 , por outro lado r e um fator que depende da temperatura a diferentes altitudes. Tome r =28 e resolva os itens a seguir: a) Trace os gráficos x, y e z contra t b) Trace o grafico no eixo xy e xz. 3) A equação: 1 2 u ' '−μ (1− u ' )u ' +u=0 3 é chamada muitas vezes de equação de Rayleigh. a) Escreva a equação de Rayleigh como um sistema de duas equações de primeira ordem. b) Mostre que a origem é o único opnto crítico desse sistema. Determine se é estável ou instável. c) Seja μ=1 . Escolha condições iniciais e calcule a solução correspondente para o sistema em um intervalo como 0≤t ≤20 , ou maior. Faça o gráfico de u em função de t e também a trajetória no espaço de fase. Observe que a trajetória tende a uma curva fechada. Estime a amplitude e o periodo da trajetória.